模块化多电平逆变器的的研究 答辩演讲.ppt

模块化多电平逆变器（MMC）的研究 汇报人： 张桐盛 指导教师：张承慧 教授 杜春水 副教授 主要内容 MMC的研究背景及意义 1 系统拓扑及触发方式介绍 2 系统仿真波形 3 总结 4 一、MMC的研究背景及意义： 模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter, MMC)采用模块化设计,系统每相都由2N个子模块构成，系统耐压和容量都相对较大; 系统将整流和逆变两功能于一身，通过改变控制策略能够实现同一台变换器的不同用途，方便快捷，节约成本； 二、系统拓扑及触发方式介绍： 状态1：当开关管T1、T2均关断时，正常情况下这种状态不会出现。在这种状态下，当电流的流动方向由左图所示时，电流经二极管D1给电容C0充电，电容电压上升；当电流方向如右图所示时，此时电流经D2时将电容C0切除，电容电压不变。 状态2：当开关管T1开通，T2关断时，此时子模块输出端电压为电容电压。当电流方向如左图所示时，电流经二极管D1给电容C0充电，电容电压上升；当子模块电流如右图所示时，电容通过开关管T1对外放电，电容电压下降 状态3：当开关管T1关断、T2开通时，此时子模块输出端电压为0。当电流方向如左图所示时，电流流经开关管T2；当电流方向如右图所示时，电流流经二极管D2，而不管电流方向如何，模块内电容总C0是相当于被“短路”，电容电压不变 载波移相技术CPS-SPWM触发方式： 平衡控制策略： 子模块电容电压选择原理 三、系统仿真 CPS-SPWM系统仿真参数及波形： 每相子模块数 2N 4 母线电压值 120V 桥臂电抗器电感 L 4mH 模块电容容量 C 4mF 负载电阻 30Ω 负载电感 4mH 调制深度 m 0.9 调制波频率 f 50Hz 载波频率 4000Hz 总结： 从图中可以看出逆变电流波形正常，三相互差120度，相电压为五电平，电压经过滤波后形成正弦电流波形。但可以看出随着时间的推迟，A相四个子模块电容电压逐渐上升或下降，所以这种情况下，假如运行很长一段时间，系统将不稳定，最后造成逆变失败或者逆变波形不理想。 平衡控制下系统仿真参数及波形： 每相子模块数 2N 8 母线电压值 200V 桥臂电抗器电感 L 1mH 模块电容容量 C 3mF 负载电阻 15Ω 负载电感 8mH 调制深度 m 0.8 调制波频率 f 50Hz 载波频率 4000Hz 从图中可以看出三相电流波形并非正弦波，波形不是很理想；也可以看出三相电压为9电平，经过电感滤波后形成类似正弦的电流。 这种平衡控制策略是很有效的，但是逆变出来的电流波形不是很理想，仔细观察就可以发现电流波形不理想的原因在于逆变电压虽然是9电平，但是每相波形略窄，方波所占比例太少，造成每相逆变波形能量不足，因此仍需要改进。 优化CPS-SPWM下系统仿真参数及波形： 每相子模块数 2N 4 母线电压值 120V 桥臂电抗器电感 L 4mH 模块电容容量 C 4mF 负载电阻 30Ω 负载电感 4mH 调制深度 m 0.9 调制波频率 f 50Hz 载波频率 4000Hz 优化CPS-SPWM效果不明显，但是从图中我们可以发现，A相四个子模块电容电压经过一段时间之后电压平稳在一定范围内，而不会像使用原始CPS-SPWM调制方法时子模块电容电压不稳定。所以子模块电容电压排序原理能使上下桥臂内子模块电容电压保持平衡，解决了子模块电容电压不稳定的问题。 四、总结与展望： 经仿真可以看出，CPS-SPWM的逆变波形理想，但有不平衡问题的出现 平衡控制解决了MMC变换器所有的不平衡的问题，但波形不理想，和正弦波相差很大，当然，子模块电容电压排序原理值得借鉴。 通过将原始CPS-SPWM调制方式与子模块电容电压排序原理相结合，这种调制方式解决了上下各桥臂子模块电容电压不平衡的问题。 模块化多电平变换器的基础是子模块电容电压的稳定，本文虽然解决了桥臂内部电容电压的平衡问题，但同相上下桥臂子模块电